physicochemical, functional and structural properties of

18th LACCEI International Multi-Conference for Engineering, Education, and Technology: “Engineering, Integration, and Alliances for a Sustainable Development” “Hemispheric Cooperation for Competitiveness and Prosperity on a Knowledge-Based Economy”, July 27-31, 2020, Virtual Edition.

Physicochemical, functional and structural properties of starches obtained from five varieties of native

potatoes (Solanum tuberosum L.) Gabriela Barraza-Jáuregui M.Sc.1, José Soriano-Colchado Ph.D.2 Jesús Obregón, M.Sc 3,Patricia Martínez M.Sc.4, Fiorela Peña

Bch.4, Carmen Velezmoro Ph.D.4, Raúl Siche, Ph.D.1, Alberto Claudio Miano, Ph.D.5 1 Carrera de Ingeniería Agroindustrial, Universidad Nacional de Trujillo, Perú, [email protected]

2 Carrera de Ingeniería en Industrias Alimentarias, Universidad Privada Antenor Orrego, Trujillo, Perú, [email protected] 3Data Engineering, [email protected]

4 Carrera de Ingeniería en Industrias Alimentarias, Universidad Nacional Agraria La Molina, Lima, Perú, [email protected] 5Dirección de investigación y Desarrollo, Universidad Privada del Norte, Perú, [email protected]

Digital Object Identifier (DOI): http://dx.doi.org/10.18687/LACCEI2020.1.1.623 ISBN: 978-958-52071-4-1 ISSN: 2414-6390

Abstract–The aim of this work was to characterize physical, functional and structurally the starches isolated from five native potato varieties (Solanum tuberosum subsp. Andígena): Águila (AG), Bretaña (BR), Manzana (MN), Perla (PE) y Shuita (SH).The extraction was carried out with water and successive decantation. The starches were characterized, amylose content, clarity, swelling power and solubility, shape and size of the granule, crystallinity, Fourier-transform infrared spectroscopy, thermal properties, rheological and textural properties. Águila starch had the lowest amylose content, the least swelling and solubility power; and Manzana starch had higher gelatinization temperatures. In the rheological study, the starch gels were adjusted to the Herschel-Bulkley model with an average yield shear stress of 57.2 Pa and an average consistency index of 54.4 Pa.sn. The Perla starch gel showed the highest values of firmness, gumminess, chewiness, and cohesiveness.

Keywords: native starch, gelatinization, rheology, crystallinity, Herschel-Bulkley

18th LACCEI International Multi-Conference for Engineering, Education, and Technology: “Engineering, Integration, and Alliances for a Sustainable Development” “Hemispheric Cooperation for Competitiveness and Prosperity on a Knowledge-Based Economy”, July 27-31, 2020, Virtual Edition.

1

Propiedades fisicoquímicas, funcionales y

estructurales de almidones obtenidos de cinco

variedades de papas nativas (Solanum tuberosum L.)

Physicochemical, functional and structural properties

of starches obtained from five varieties of native

potatoes (Solanum tuberosum L.)

Gabriela Barraza-Jáuregui M.Sc.1, José Soriano-Colchado Ph.D.2 Jesús Obregón, M.Sc 3,Patricia Martínez M.Sc.4,

Fiorela Peña Bch.4, Carmen Velezmoro Ph.D.4, Raúl Siche, Ph.D.1, Alberto Claudio Miano, Ph.D.5 1 Carrera de Ingeniería Agroindustrial, Universidad Nacional de Trujillo, Perú, [email protected]

2 Carrera de Ingeniería en Industrias Alimentarias, Universidad Privada Antenor Orrego, Trujillo, Perú, [email protected] 3Data Engineering, [email protected]

4 Carrera de Ingeniería en Industrias Alimentarias, Universidad Nacional Agraria La Molina, Lima, Perú, [email protected] 5Dirección de investigación y Desarrollo, Universidad Privada del Norte, Perú, [email protected]

Resumen– El presente trabajo tuvo como objetivo caracterizar

física, funcional y estructuralmentemente los almidones extraídos de

cinco variedades de papas nativas (Solanum tuberosum) var.

Andígena: Águila (AG), Bretaña (BR), Manzana (MN), Perla (PE)

y Shuita (SH). La extracción se realizó con agua y decantaciones

sucesivas. Se caracterizaron los almidones mediante determinación

de color, contenido de amilosa aparente, claridad, poder de

hinchamiento y solubilidad, forma y tamaño del gránulo,

cristalinidad, espectroscopía de infrarrojo con transformada de

Fourier, propiedades térmicas, propiedades reológicas y texturales.

El almidón Águila presentó el menor contenido de amilosa, el menor

poder de hinchamiento y solubilidad; y el almidón Manzana presentó

temperaturas de gelatinización más altas. En el estudio reológico, los

geles de los almidones se ajustaron al modelo Herschel-Bulkley con

un umbral de fluencia promedio de 57.2 Pa y un índice de

consistencia promedio de 54.4 Pa.sn; mientras que el gel del almidón

Perla presentó los mayores valores de firmeza, gomosidad,

masticabilidad, y cohesividad.

Palabras clave- almidón nativo, gelatinización, reología,

cristalinidad, Herschel-Bulkley.

Abstract–The aim of this work was to characterize physical,

functional and structurally the starches isolated from five native

potato varieties (Solanum tuberosum subsp. Andígena): Águila (AG),

Bretaña (BR), Manzana (MN), Perla (PE) y Shuita (SH). The

extraction was carried out with water and successive decantation.

The starches were characterized, amylose content, clarity, swelling

power and solubility, shape and size of the granule, crystallinity,

Fourier-transform infrared spectroscopy, thermal properties,

rheological and textural properties. Águila starch had the lowest

amylose content, the least swelling and solubility power; and

Manzana starch had higher gelatinization temperatures.

In the rheological study, the starch gels were adjusted to the Herschel-Bulkley model with an average yield shear stress of 57.2 Pa and an average consistency index of 54.4 Pa.sn. The Perla starch gel showed the highest values of firmness, gumminess,

chewiness, and cohesiveness.

Keywords- native starch, gelatinization, rheology, crystallinity,

Herschel-Bulkley.

I. INTRODUCCIÓN

El almidón es muy utilizado en la industria de alimentos,

como insumo para la elaboración de salsas, sopas, helados,

bocadillos, pan, rellenos para postres, entre otros. Las

variaciones en las propiedades fisicoquímicas, funcionales y

estructurales de los almidones se presentan entre y dentro de

las especies botánicas, e incluso cuando el mismo cultivar

de plantas se cultiva en diferentes condiciones ambientales [1,

2]. Influyen también en estas variaciones: el tamaño del

gránulo de almidón [3], el contenido de fósforo y de

amilosa [4], el complejo amilosa-lípido y la estructura de la

amilopectina [5] .

Siendo la papa buena fuente de almidón (70-80% d.b.)

[6], se ha aislado de variedades cultivadas en diferentes partes

del mundo, caracterizándose sus propiedades

fisicoquímicas, propiedades térmicas (evaluadas mediante

calorimetría de barrido diferencial), morfología de

gránulos (evaluado por microscopía electrónica de barrido

ambiental), difracción de rayos X de gránulos y porcentaje

de cristalinidad del almidón de gránulos, entre otros [2, 7].

Las diferentes condiciones de crecimiento de las papas

pueden inducir diferencias en las estructuras cristalinas y

moleculares del almidón, esto proporciona información util Digital Object Identifier (DOI): http://dx.doi.org/10.18687/LACCEI2020.1.1.623 ISBN: 978-958-52071-4-1 ISSN: 2414-6390

mailto:[email protected]




18th LACCEI International Multi-Conference for Engineering, Education, and Technology: “Engineering, Integration, and Alliances for a Sustainable

Development” “Hemispheric Cooperation for Competitiveness and Prosperity on a Knowledge-Based Economy”, 29-31 July 2020, Buenos Aires, Argentina. 2

útil con respecto a los posibles usos de la materia seca y los almidones aislados de la papa [8].

El almidón de papa es importante y único pues su pasta

presenta una alta claridad y un sabor neutro [9] , esto se debe

al alto contenido de ésteres de fosfato en la cadena

de amilopectina [2]; además, el tamaño de su gránulo, su

pureza, la longitud de las cadenas de amilosa y

amilopectina, y la capacidad de intercambiar ciertos cationes,

permiten que forme geles viscoelásticos fuertes después

del calentamiento y posterior enfriamiento [10]. Las

propiedades reológicas de las pastas de almidón son

importantes para definir una posible aplicación industrial

en alimentos; y es la viscosidad, la característica

reológica básica que cambia en función al esfuerzo de

cizalla aplicado sobre la pasta de almidón. Si la viscosidad

es alta, los almidones son potencialmente

aprovechables para su aplicación en la industria alimentaria

como espesante [11].

En la región La Libertad se siembran en promedio 25,000

ha anuales de papa, lo que representa más del 6% de la

superficie total del cultivo en los Andes peruanos y es el

cultivo de mayor importancia en el distrito de Chugay, uno de

los ocho distritos de la provincia de Sánchez Carrión, región

La Libertad [12]. Los agricultores de la zona cultivan

alrededor de 150 variedades de papa nativa [13], como

Águila, Bretaña, Manzana, Perla, Shuita, Canasta, Fajeada,

Alcona, Algodona, Huaytaya, Chaucha Limeña, Tacmara,

Julcanera, Condorita, Amapola y otras, que ya se

encuentran documentadas [12], cuyo uso más importante es

el consumo familiar [12]. Otra alternativa de uso papas

nativas, es su industrialización para obtención de almidón;

polisacárido que podría presentar propiedades funcionales

relevantes para la industria de alimentos y a la vez

proporcionaría un ingreso adicional a los agricultores.

Por lo tanto, el objetivo de este estudio fue caracterizar

fisicoquímica, funcional y estructuralmente los almidones

extraídos de cinco variedades de papa nativas (Solanum

tuberosum) var. Andígena: Águila (AG), Bretaña (BR),

Manzana (MN), Perla (PE) y Shuita (SH)), para evaluar su

posible aplicación industrial.

II. MATERIALES Y MÉTODOS

A. Materia prima

Los almidones nativos se aislaron de cinco variedades de

papas nativas (Solanum tuberosum) var. Andígena: Águila

(AG), Bretaña (BR), Manzana (MN), Perla (PE) y Shuita (SH);

que fueron proporcionadas por la Asociación Pataz del distrito

de Chugay ubicado a 3371 m.s.n.m. (Latitud: 7°46′53″ S,

Longitud: 77°52′5.88″ O) (provincia de Sánchez Carrión,

región La Libertad, Perú).

B. Reactivos

Hidróxido de sodio (NaOH, CAS 1310-73-2), Yodo

resublimado (I2, CAS 7553-56-2, pureza 99.8%) y Yoduro de

potasio (KI, CAS 7681-11-0, pureza 99.5%) fueron adquiridos

de Merck® (Hohenbrunn, Germany). Ácido clorhídrico (HCl, CAS 7647-01-0), Sulfato de sodio (Na2SO4, CAS 7757-82-6), Dimetilsulfóxido (DMSO) (CH₃SOCH₃, CAS 67-68-5), Úrea

(NH2CONH2, CAS 57-13-6) y Metabisulfito de sodio

(Na2S2O5, CAS 007681-57-4) fueron adquiridos de Sigma

Aldrich (St. Louis, MO, USA). En todos los casos se empleó

agua destilada (pH ∼ 7) para la preparación de los geles y de

las soluciones, así como agua desionizada (pH ∼ 7) cuando fue

necesario.

C. Extracción de almidón

La extracción de las muestras de almidón se realizó según

el método reportado por Melian [14] con ligeras

modificaciones. En este estudio se emplearon 30 kg de papas

de cada variedad, de los cuales se descartaron los tubérculos que

presentaron picaduras de insectos y deterioro microbiológico.

Los tubérculos intactos fueron lavados, pelados en forma

manual y cortados en trozos pequeños. Los trozos fueron

triturados en un procesador de alimentos (Industrias Maguiña,

modelo 15, Perú) durante 5 min adicionando una solución de

metabisulfito de sodio (0.075 %) en una relación 2:1. La

suspensión resultante se filtró con un tamiz de acero inoxidable

de 100 µm y se empleó agua para arrastrar el almidón en el

lavado. Lo retenido en el tamiz se colocó nuevamente en el

procesador de alimentos y con agua en una relación 2:1, se

trituró y filtró con el tamiz de acero inoxidable. Ambos filtrados

se depositaron en un recipiente de acero inoxidable y se dejó

sedimentar por 24 h hasta obtener una capa firme de almidón

en el fondo; luego se retiró el sobrenadante, se agregó la mitad

de volumen de agua respecto al almidón y se dejó reposar

durante 1.5 h. Después, se retiró el sobrenadante, y a la capa de

almidón se le agregó una solución de NaOH 0.02% (2:1) para

solubilizar proteínas y se dejó reposar por 3 h. Transcurrido este

tiempo, se retiró el sobrenadante, al almidón se le agregó agua

(1:1) ajustando el pH con HCl 2 N hasta pH 7 y se dejó decantar

por 2.5 h; finalmente, se eliminó el sobrenadante. El almidón

obtenido fue secado en estufa de aire caliente (MMM,

Venticell55, Alemania) a 37 °C por 24 h; luego fue molido en

molino de martillos, tamizado en un tamiz N° 100 y envasados

en doble bolsa tipo Ziploc para posteriores análisis.

D. Morfología y tamaño de los gránulos de almidón

La morfología de los gránulos de los almidones se

determinó con el microscopio electrónico de barrido (MEB)

(TESCAN, VEGA3, República Checa) usando un detector de

electrones secundarios a 30 kV. Los almidones fueron

adheridos sobre una cinta de carbón de doble cara y recubierta

con una capa de oro de 0.150 nm de espesor mediante

deposición por plasma (PVD) usando un DC Sputtering-SPI.

Con el empleo de energía dispersiva de rayos X (EDS) y el

detector Rx Quantax 200-Bruker, se identificaron algunos

elementos presentes en el almidón, para lo cual se seleccionaron

algunas zonas de manera aleatoria [15].

E. Análisis de Amilosa

Se determinó según el método colorimétrico empleando

solución de yodo para generar un complejo de color azul, cuya



intensidad se midió con el espectrofotómetro UV-Vis (Thermo

Fisher Scientific, Genesys 20, USA) [16]. Una muestra de 70

mg de almidón se mezcló con 10 mL de úrea 6M y una solución

de DMSO (1:9); y se calentó durante 10 min a 100 °C en un

baño de agua (GFL, 1083, Alemania) con agitación constante.

La mezcla resultante se incubó a 100 °C durante 1 h, y después

se enfrió hasta 25 °C. A 0.5 mL de la muestra anterior, se

adicionaron 25 mL de agua destilada y 1 mL de solución de I2-

KI. Se preparó un blanco y la absorbancia fue medida a 635 nm.

El contenido de amilosa fue calculado según la ecuación 1.

( ) ( ) ( )1218.6*414.28% −= azulValorAmilosa

F. Análisis de color

Los parámetros de color de los almidones se determinaron

con un espectrofotómetro colorímetro (Konica Minolta, CM-5,

Japón), el cual fue previamente calibrado, utilizándose el

iluminante D65 y observador estándar con ángulo de visión de

10° para la espectroscopía de reflactancia. El color se midió en

el espacio de color CIELAB (L*, a*, b*). Donde L* es el

parámetro que mide la luminosidad (0 = negro, 100 = blanco),

a* es el atributo de color rojo (+) /verde (-) y b* es el atributo

de color amarillo (+) /azul (-). A partir de ello, se calculó el

índice de blancura (W, %) según ecuación 1 [17].

( ) ( ) ( ) ( ) ( )2100100%5.0

2*2*2*

++−−= baLW

G. Claridad de la pasta

Se prepararon suspensiones de almidón al 1% con agua

desionizada en tubos de ensayo con tapa, los que se calentaron

en un baño de agua (GFL, 1083, Alemania) a 100 °C por 30

min, agitándolos manualmente cada 5 min. Luego, los tubos se

enfriaron hasta 25 °C, empleando un baño con agua y hielo

picado. Los geles se transfirieron a la celda de 1 cm para

determinar el porcentaje de transmitancia (%T) a 650 nm

empleando el espectrofotómetro UV-Vis (Thermo Fisher

Scientific, Genesys 20, USA), previamente ajustado a cero con

agua desionizada [18].

H. Poder de hinchamiento y solubilidad

Se pesaron 0.4 g de almidón y se colocaron en un tubo de

centrífuga (50 mL) que contenía 20 mL de agua destilada, el

tubo de centrífuga se calentó en un baño de agua (GFL, 1083,

Alemania) a 80 ºC durante 30 min, posteriormente se centrifugó

(HETTICH, Rotofix 32, Alemania) a 5000 rpm durante 30 min.

Luego se separó y pesó el sobrenadante y el almidón

sedimentado hinchado. Posteriormente, el sobrenadante se secó

en una estufa de aire caliente (MMM, Venticell 55, Alemania)

a 105 ºC hasta peso constante y se pesó. El PH (g/g ms) y S (%)

se calcularon según las ecuaciones 3 y 4 [19].

𝑃𝐻(𝑔 𝑔⁄ ) = 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑎𝑙𝑚𝑖𝑑ó𝑛 𝑠𝑒 𝑑𝑖𝑚 𝑒 𝑛𝑡𝑎𝑑𝑜 [𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑎𝑙𝑚𝑖𝑑ó𝑛 𝑠𝑒𝑐 𝑜 *(1 − 𝑆)]⁄ (3)

𝑆(%) = 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑠𝑜𝑏𝑟𝑒𝑛𝑎𝑑𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑠𝑒𝑐 𝑜 *100 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑎𝑙𝑚𝑖𝑑ó𝑛 𝑠𝑒𝑐 𝑜⁄ (4)

I. Cristalinidad

Los patrones de difracción fueron obtenidos con un

difractómetro de rayos X (Rigaku, Miniflex 600, USA), con una

fuente de CuK (=1.540 nm) aplicando un voltaje de 40.0 kV

y una corriente de 15.0 mA. El análisis se realizó a temperatura

ambiente con barridos en el rango 2 desde 3° hasta 60° con un

tamaño de paso de 0.02° / min. El índice de cristalinidad fue

calculado haciendo uso del software OriginPro 9.0[20].

J. Espectroscopía de infrarrojo por transformada de

Fourier

Los espectros de infrarrojo por transformada de Fourier de

los almidones en estudio se obtuvieron en el rango espectral de

500 a 4000 cm-1, utilizando un espectrofotómetro infrarrojo

con transformada de Fourier (Nicolet iS50, Thermo Scientific,

USA) en modo de reflactancia total atenuada. Los espectros de

absorbancia se registraron a una velocidad de 16 escaneos por

muestra y con una resolución de 1 / cm. Previo al análisis, los

almidones fueron secados en estufa a 105 °C durante 1 h para

evitar interferencias por la humedad [20]. Se empleó el software

OMNIC v.8.0 para la creación de los diagramas espectrales

[21].

K. Caracterización reológica

Las curvas de flujo de los geles de almidón se obtuvieron

empleando el reómetro (Haake, Mars 60, Australia), usando la

geometría cono-plato de 60 mm de diámetro a temperatura

controlada de 20 °C. Se prepararon suspensiones de almidón al

8% (p/p), las que fueron calentadas en un baño de agua (GFL,

1083, Alemania) con agitación a temperatura controlada a 90

°C durante 30 min, posteriormente los geles fueron enfriados

hasta 20 °C[18].

Las características reológicas, tensión de fluencia,

coeficiente de consistencia, índice de comportamiento de flujo

(σ0, k, n) fueron determinadas a partir de las curvas de flujo

obtenidas. Los geles fueron colocados en la placa Peltier por un

tiempo de 2 min, empleando una separación (gap) entre la placa

y la geometría de 0.1 mm [22]. Para la determinación de las

características reológicas, se empleó el modelo de Herschel-

Bulkley (ecuación 5) [23].

( ) ( )5*0

+=

Donde,

σ= Esfuerzo cortante (Pa)

σo= Esfuerzo de cortante inicial (Pa)

k= Coeficiente de consistencia (Pa.sn)

ϒ= Velocidad de cizalla (s-1)

ɳ= Índice reológico (adimensional)

L. Características texturales

Los geles de almidón fueron preparados a partir de

suspensiones de almidón de 8% (p/p) [4]. Para determinar el

perfil de textura de los geles de almidón se empleó un

analizador de textura (Stable Micro Systems, TA-HD Plus,

Reino Unido). Brevemente, cada gel de almidón refrigerado en



su recipiente se presionó una distancia de 25% con un plato de

6 mm de diámetro. La velocidad de ensayo fue de 2 mm/s con

un intervalo de tiempo de 3 s entre los dos ciclos. La fuerza de

disparo fue de 5 g y la velocidad de adquisición de 200 pps. El

pico máximo de fuerza alcanzado durante la primera

compresión representó la dureza (gf). La gomosidad representa

la energía necesaria para desintegrar el gel antes de que esté

listo para tragar. La masticabilidad representa la fuerza

necesaria para masticar un gel hasta que esté lista para tragar La

cohesividad proporcionó información sobre la segunda

deformación del gel dividida por el área de trabajo durante la

primera compresión. La resistencia se midió en la retirada de la

primera compresión [24]. Se reportó el promedio de tres

lecturas (Stable Micro Systems, TA. HD Plus, Dimension

Exponent 32 software; Reino Unido).

M. Propiedades térmicas

Las propiedades térmicas de gelatinización del almidón se

determinaron mediante el uso del Multicalorímetro Diferencial

de Barrido con celdas de acero inoxidable Hastelloy® (TA

Instruments, modelo Multi-Cell DSC, USA), según la

metodología descrita por Lin [25]. Se pesó aproximadamente

20 mg de almidón en cada celda y se añadió agua ultra pura con

una micropipeta (almidón:agua = 1:3), luego se sellaron

herméticamente las celdas y se equilibraron a temperatura

ambiente durante 1 h para permitir la hidratación completa del

almidón. Las celdas con las muestras se calentaron de 25 a 115

°C a una velocidad de calentamiento de 2 °C/min, y se usó una

celda vacía como referencia. Las temperaturas reportadas

fueron la inicial (To), pico (Tp), de conclusión (Tc) y la entalpía

de gelatinización (ΔH), las que fueron calculadas del

termograma obtenido con el software NanoAnalyze (TA

Instruments).

N. Análisis estadístico

Todos los análisis fueron realizados por triplicado, con

preparación individual como ha sido descrito en cada método

de análisis. Los datos se expresaron como media ± desviación

estándar. El análisis de varianza se utilizó para calcular las

diferencias significativas y se usó la prueba de discriminación

de diferencias múltiples de Fisher, usando p < 0,05 como nivel

de significancia. Para procesar los datos se utilizó el software R

3.6.1. con el package "agricolae".

III. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

A. Morfología de los gránulos de almidón

En la Tabla 1 se presenta el tamaño de los gránulos de

almidón nativo de las cinco variedades de papa nativa,

encontrándose en el rango de 4.03 ± 1.59 µm (MN) a 73.61 ±

17.97 µm (SH). Se ha reportados resultados similares para

almidón nativo de papa (5−80 µm) [26]; así como distribución

unimodal de gránulos en el rango de 11.2−51.8 μm para

almidón de papa nativa de la variedad Loc’ka [27].

Los gránulos de los almidones en estudio presentaron

forma oval, elíptica, e irregular con una superficie lisa (Figura

1); formas similares han sido reportados para almidón nativo

de papa [28], y para gránulos de almidón de papas nativas de

Puno-Perú [27]. Las características morfológicas de los

almidones de diferentes fuentes vegetales varían con el

genotipo y las prácticas culturales; además, la variación en el

tamaño y la forma del gránulo de almidón se atribuye al origen

biológico, y que la morfología de este depende de la bioquímica

del cloroplasto o amiloplasto, así como de la fisiología de la

planta. El tamaño del gránulo del almidón es variable, entre 1 y

110 µm; siendo el rango promedio para gránulos pequeños de 1

a 20 µm y de 20 a 110 µm para los gránulos grandes [29].

TABLA 1

TAMAÑO DEL GRÁNULO DE ALMIDÓN DE CINCO

VARIEDADES DE PAPA NATIVA

Almidón Rango de diámetro (µm)

AG 5.23 ± 2.38ab – 38.16 ± 11.42 a

BR 5.31 ± 1.51ab – 38.10 ± 10.52 a

MN 4.03 ± 1.59b – 73.61 ± 17.97 a

PE 5.12 ± 5.38a – 58.16 ± 10.22 a

SH 6.10 ± 1.17ab – 49.05 ± 25.06 a

*Valores con la misma letra en una columna no difieren significativamente (p < 0.05)

B. Contenido de amilosa aparente

Se encontró diferencia significativa en el contenido de

amilosa aparente de los almidones en estudio con valores entre

18.95% (AG) y 23.20% (BR) (Tabla 2). Estos valores fueron

similares a los informados para almidón de papa de Nueva

Zelanda (19.1 ± 1.1,%) [30]; para almidones de cuatro

variedades de papa comercial de Perú (15.49 ± 2.02 a 32.10 ±

0.14%) [15]; para almidones de nueve variedades de papa

nativa de Cusco-Perú (24.3-29.1%) [14] y menores que los

reportados para almidones de tres variedades de papa nativa de

Puno-Perú (24.9-30.0%) [27].

Las diferencias en el contenido de amilosa aparente indican

que su acumulación en el interior del gránulo de almidón difiere

según la fuente biológica de donde provienen, lo que podría

deberse a factores genéticos de cada grano o a la actividad de

enzimática, responsable de la biosíntesis de amilosa, así como

a la disponibilidad de espacio libre dentro de la estructura

granular después de sintetizarse la amilopectina [31]. Se ha

informado que, el porcentaje de amilosa es proporcional al

tamaño del gránulo y a la madurez de la planta de la cual se

obtuvo el almidón [32].



Fig.1. Morfología de gránulos de almidón de papa nativa: AG (a), BR (b),

MN (c), PE (d) y SH (e).

TABLA 2

CONTENIDO DE AMILOSA APARENTE, RELACIÓN

AMILOSA/AMILOPECTINA Y CRISTALINIDAD DE ALMIDÓN

DE CINCO VARIEDADES DE PAPA NATIVA

Almidón Amilosa

(%)

Relación

amilosa

/amilopectina

Cristalinidad

relativa

(%)

AG 18.66 ± 0.42 a 0.23 22.4±0.2

BR 23.29 ± 1.62 b 0.30 21.6±0.5

MN 22.46 ± 0.68 bc 0.29 21.8±0.3

PE 20.90 ± 0.91 ac 0.26 20.7±0.9

SH 18.68 ± 0.98 a 0.23 22.1±0.3


A. Color

Los parámetros de color L*, a* y b*, que permitieron

calcular el índice de blancura (W) de los almidones nativos se

presentan en la Tabla 3; y se observa diferencia significativa

entre variedades (p < 0.05) para cada uno de estos parámetros.

El color juega un papel muy importante como indicador de

calidad y pureza de los almidones, para muchas aplicaciones en

alimentos [17]. Los resultados obtenidos indicaron una alta

luminosidad de los almidones con valores superiores a 90

(92.11 a 94.98); valores similares fueron reportados para

almidón de papa Sipiera de Camerún (96.70 ± 0.09) [28].

Valores más altos de L * reflejan la luminosidad y pureza de los

almidones [33], característica que podría mejorar el uso del

almidón en aplicaciones alimenticias donde se recomienda la

calidad del color [17].

Como se muestra en la Tabla 3, el almidón aislado de papa

MN, presentó mayor índice de blancura, con un valor W de

94.59 0.01, así como valores de a * y b*, más cercanos a 0,

lo que indicaría mayor pureza [17]. Debido a que los almidones

aislados fueron obtenidos de papas nativas coloreadas, la

variabilidad en los parámetros de color podría deberse a la

degradación de pigmentos presentes en las papas nativas

durante el proceso de extracción [17] .

TABLA 3

PARÁMETROS DE COLOR DE ALMIDÓN DE CINCO

VARIEDADES DE PAPA NATIVA

Almidón L* a* b* W

(%)

AG 93.990.01c -0.220.01d 2.4 0.01c 93.490.01c

BR 92.110.03a -0.59 0.01a 3.52 0.01e 91.340.02a

MN 94.980.01e -0.20 0.01e 2.02 0.01a 94.590.01e

PE 94.400.02d -0.39 0.01b 2.06 0.01b 94.020.02d

SH 93.710.01b -0.25 0.01c 2.69 0.01d 93.160.01b


B. Claridad

La claridad es un parámetro clave para determinar la

aplicabilidad de los almidones ciertos alimentos procesados,

pues pueden dar brillantez u opacidad al producto terminado

[34]. La claridad de los geles de los almidones en estudio

presentó diferencia significativa entre variedades y se muestra

en la Tabla 4. Los valores de claridad obtenidos son mayores a

los reportados para gel de almidón de papa Sipiera de Camerún

(29.15%) [28]. Sin embargo, estos valores fueron inferiores a

los reportados para los geles de almidón de nueve variedades de



papas nativas de Cusco (82.3−94.1%), para geles de almidón de

tres variedades de papas nativas de Puno-Perú (50.2−78.6%) y

para geles de almidón para almidones de cuatro variedades de

papa comercial de Perú (64.24 ± 3.60% y 91.82 ± 6.67%) [15].

Los geles se consideran opacos o turbios cuando el

porcentaje de transmitancia es menor de 40%, y, son claros o

transparentes cuando éstos valores son mayores [35]; por lo

que, los geles de los almidones BR, MA, PE y SH son

transparentes, a excepción del gel del almidón AG (38,1%).

Este parámetro se ve influenciado por la proporción de gránulos

grandes presentes en el almidón, originando residuos granulares

en los geles, los que causa interferencia y refracción, reflejadas

en una baja transmisión de la luz [36].

C. Poder de hinchamiento y solubilidad

El poder de hinchamiento (PH) y la solubilidad (S) son

características analizadas para comprender la interacción entre

las moléculas de agua dentro de los dominios cristalinos del

almidón y las cadenas de almidón durante el calentamiento [33]

y se correlacionaron directamente con el aumento de la

temperatura. El PH generalmente está influenciado por la fuerza

de enlace entre las moléculas y por la estructura molecular de

la amilopectina, valores bajos pueden atribuirse a la presencia

de cristales formados por la asociación entre cadenas largas de

amilopectina. El aumento de la cristalización da como resultado

una mayor estabilidad de los gránulos, reduciendo la capacidad

de hinchamiento [37]. Los valores de PH y S de los almidones

en estudio se determinaron a 80 °C, y se presentan en la Tabla

4.

Por otro lado, se menciona que una solubilidad más alta del

almidón puede ser atribuida a una mayor solubilización y

lixiviación de los polímeros de los gránulos de almidón con una

débil rigidez cuando se calientan a alta temperatura

fraccionándose [25].

Con respecto a PH, sus valores se encuentran en el rango

de 22.94 g / g (AG) a 29.79 g / g (BR), que es mayor al rango

19.6-25.7 g/g (a 80 °C) informado para almidones de papas

nativas de Cusco [18], pero menor a 66 g / g (a 80°C) para

almidón comercial de papa de Perú [15]. Los valores de S están

en el rango 3.86% (PE) a 6.35% (MN), que es menor al rango

12-16.4% (a 80 °C) informado para almidones de papas nativas

de Cusco [18], y menor a 11.9% (a 80 °C) para un almidón

comercial de papa [25].

D. Cristalinidad

La difracción de rayos X se utiliza para estudiar la

estructura cristalina de los gránulos de almidón, el cual es un

sistema semicristalino, que consiste en regiones cristalinas y

amorfas [38]. Los patrones de difracción de rayos X muestran

las partes cristalinas del gránulo de almidón como picos

afilados, y la parte amorfa dispersiva [39]. En general, las

diferencias en la cristalinidad relativa entre los almidones

podrían atribuirse a las diferencias en el tamaño del cristal, la

cantidad de regiones cristalinas (influenciadas por el contenido

de amilopectina y la longitud de su cadena), la orientación de

las dobles hélices dentro de los dominios cristalinos y el grado

de interacción entre las hélices dobles [38].

Todos los almidones mostraron un patrón de cristalinidad

tipo B, típico del almidón de papa con picos característicos en

ángulos de reflexión (2θ) de 5.58°; un pico único a 17.02° y un

doble a 22.33° y 24.04° (Figura 2), similar a los encontrados

para almidones de diferentes variedades de papa. [8].

TABLA 4

CLARIDAD, PODER DE HINCHAMIENTO Y SOLUBILIDAD

DE ALMIDÓN DE CINCO VARIEDADES DE PAPA NATIVA

Almidón

Claridad

(% de

transmitancia)

PH (g/g) S (%)

AG 38.10 ± 0.41a 22.94 ± 0.70

a 3.88 ± 0.40a

BR 51.97 ± 1.59b 29.79 ± 0.40

b

4.20 ± 1.10

a

MN 44.07 ± 2.00 c 26.25 ± 1.10

c 6.35 ± 0.52

b

PE 40.30 ± 0.80 ac 24.92 ± 0.60

c 3.86 ± 0.30

a

SH 48.13 ± 1.64 d 24.54 ± 0.70

ac

4.01 ± 0.18

a


Fig 2. Patrones de difracción de rayos X para los almidones de papa nativa

La cristalinidad (Tabla 2) presentó poca variación entre los

diferentes cultivares de papa (20.7% a 22.4%). Valores en la

literatura para la cristalinidad del almidón varía del 15% al

45%, dependiendo no solo del origen y la hidratación del

almidón, sino también en la técnica utilizada [9]. Estos son

menores a los informados para almidones de tres variedades de

papa de Canadá (34.2%-37.9%) [8], para almidones de diez

cultivares de papa de Reino Unido (29.3−31.2%) [9], para

U.

A.

2 Ɵ

AG

PE

MN

SH

BR



almidón de papa de China (40.5%) [39] y para almidones de

papas nativas de Puno-Perú (34.4−36.3%) [27].

E. Propiedades térmicas

Las temperaturas de gelatinización, incluida la temperatura

de inicio (To), temperatura pico (Tp), temperatura de

conclusión (Tc) y entalpía de gelatinización (ΔH) de almidon

obtenido de cinco variedades de papa nativa se ilustra la Tabla

5, siendo la temperatura de inicio y pico de gelatinización más

altas para pasta de almidón MN. Un To más más alto indicaría

que los cristalitos de almidón tienen un mayor grado de

estabilidad y menor cantidad de defectos estructurales, así como

más energía requerida para el inicio de la gelatinización de

almidón [40].

Los gránulos de almidón se someten a una estructura y

cambios morfológicos cuando se calienta en exceso de agua,

incluido el pérdida de cristalinidad debido a la disociación de la

amilopectina doble hélice, la inflamación del almidón debido a

la absorción de agua y la lixiviación deamilosa a la fase acuosa.

Estas series de cambios se refieren generalmente como

gelatinización de almidón, que ocurre en un rango de

temperatura dependen del origen botánico de la fuente de

almidón [17].

Los valores de la temperatura inicial de gelatinización (To)

de los almidones fueron similares a los reportados para

almidones de papa nativa de Puno-Perú (58.1°C) [27], para

almidón de cuatro variedades de papa comercial (57.90 a 62.23

°C) [15] y superiores a las reportadas para almidones de camote

(55.2 °C) y yuca (57.8 °C) y almidón de papa Sipiera de

Camerún (55.22 °C) [28].

TABLA 5

TEMPERATURAS Y ENTALPÍA DE GELATINIZACIÓN DE

ALMIDÓN DE CINCO VARIEDADES DE PAPA NATIVA

Almidón To (ºC) Tp (ºC) Tf (ºC) ΔH* (J/g)

AG 59.09 ± 0.10a 62.61 ± 0.07 a 68.31 ± 0.05 a 16.63 ± 0.08 a

BR 57.46 ± 0.18 b 61.21 ± 0.09 a 67.51 ± 0.30 a 19.65 ± 0.16 b

MN 59.93 ± 0.20 a 62.95 ± 0.12 a 67.84 ± 0.15 a 13.76 ± 0.15 c

PE 59.10 ± 0.19 a 62.51 ± 0.14 a 68.32 ± 0.11 a 16.54 ± 0.17 a

SH 57.63 ± 0.03 b 61.56 ± 0.09 a 68.06 ± 0.06 a 18.32 ± 0.07 ab

*Entalpía expresada en base seca


La temperatura pico de gelatinización (Tp) fue similar a las

reportadas para almidón de cuatro variedades de papa comercial

(61.18 a 64.85 °C) [15] y almidones de papa nativas de Puno-

Perú (61.9 °C) [27]. Se ha informado que los almidones que

presentan temperaturas de gelatinización menores a 70 °C,

hacen factible su inclusión en productos tales como caramelos

suaves, natillas, pudines, entre otros.

La temperatura final de gelatinización (Tc) fue similar a la

reportada para almidones de papas nativas de Puno-Perú (68.3

°C) [27] y almidón de cuatro variedades de papa comercial de

Perú (65.5 a 68.34°C); sin embargo, fue mayor a la reportada

para almidón de papa Sipiera de Camerún (65.0 °C) [28]. En

cuanto a la entalpía de gelatinización (ΔH), el rango encontrado

de 13.76−19.65 J/g fue ligeramente mayor al reportado para

almidones de papas nativas de Puno-Perú (15.6−15.8 J/g) [27]

y para almidón de cuatro variedades de papa comercial (11.49

a 15.43 J/g) [15].

La entalpía de gelatinización proporciona una medida

global de la cristalinidad y sería un indicador de la pérdida del

orden molecular dentro del gránulo, que se produce durante la

gelatinización [36]. Las variaciones en las propiedades de

gelatinización de los almidones podrían atribuirse a varios

factores, incluida la composición mineral, la morfología y el

tamaño de los gránulos y la estructura molecular de la región

cristalina de los almidones [41].

F. Espectroscopía de infrarrojo por transformada de

Fourier

La espectroscopía de infrarrojo por transformada de

Fourier en modo de reflactancia total atenuada es empleada para

evaluar la organización de la región externa de los gránulos de

almidón. Es un método de análisis de superficie, pues el haz

infrarrojo penetra alrededor de 2.0 µm en la superficie del

gránulo de almidón, por lo tanto, estos espectros reflejan

principalmente un orden de corto alcance cerca de la superficie

del gránulo [42].

Fig 3. Espectros de absorción infrarrojo por transformada de Fourier de

almidón de cinco variedades de papa nativa

Ab

sorb

anci

a (U

A.)

Longitud de onda (cm-1)



El espectro de los almidones en estudio (Figura 3) muestran

bandas anchas de absorción entre 3700-3000 / cm-1

correspondientes a las vibraciones de estiramiento y de flexión,

respectivamente, de los enlaces de los grupos (-OH) presentes

en las unidades de glucosa anhidra que conforman las cadenas

de amilosa y amilopectina. Estas bandas de absorción son

similares a las informadas otros investigadores [43, 44].

Además, se observa una señal a 2928 cm-1 que corresponde a

los estiramientos asimétricos de los grupos metilenos (-CH2); y

por último una banda ancha entre 1180-950 / cm-1 puede ser

atribuida a los estiramientos de los enlaces C-OH [44]. Se

identificaron picos pronunciados de absorbancia en las

longitudes de onda entre 1700 y 900 / cm-1, que representan

las características de los almidones nativos [45].

G. Propiedades reológicas

Las curvas de flujo de los geles de almidón en estudio

fueron obtenidas al someter a los geles de almidón a diferentes

velocidades de cizalla y registrando el esfuerzo cortante (Figura

4). El comportamiento del flujo de cada gel de almidón se ajustó

al modelo de Herschel Bulkley, obteniéndose elevados

coeficientes de determinación (R2 = 0.99) y los parámetros

determinados que se utilizan para describir las curvas de flujo

se presentan en la Tabla 6. La tensión de fluencia (σ0) para las

pastas de almidón de las variedades evaluadas, presentaron

diferencia significativa (p < 0.05), siendo mayor el valor

reportado para las pastas de almidón BR (84.32±7.18 Pa), lo

que muestra que presentó una resistencia inicial superior a fluir

y es, por lo tanto, más estructurado o rígido. Los valores fueron

mayores a los reportados para almidón de yuca (4.02 Pa) [46],

almidón de maíz (8.62 Pa) [47] y pastas de almidón de cuatro

variedades de papa comercial de Perú (2.175 a 5.536 Pa) [15].

Fig 4. Curva de flujo de los geles de almidón de cuatro variedades de papa

nativa

De igual modo, el coeficiente de consistencia (k) para las

pastas de almidón de las variedades evaluadas, presentaron

diferencia significativa (p < 0.05), siendo mayor el valor

reportado para la pasta de almidón BR (75.01±0.73 Pa.sn). Los

valores encontrados fueron mayores a los reportados para

pastas de almidón de maíz (14.17 Pa.sn), papa (24.31 Pa.sn) y

yuca (12.96 Pa.sn) [48] y pastas de almidón de cuatro variedades

de papa comerciales de Perú (6.024 a 20.825 Pa.sn) [15].

Con respecto al índice de comportamiento de flujo () para

las pastas de almidón de las variedades evaluadas, no

presentaron diferencia significativa (p>0,05), siendo los valores

encontrados mayores a los reportados para pastas de almidón

de maíz (0.381), papa (0.348) y yuca (0.363) [48], pastas de

almidón de papa (0.49) y maíz (0.34) [49], pastas de almidón

de yuca (0.48) [46] y pastas de almidón de cuatro variedades de

papa comercial de Perú (0.38 a 0.50) [15].

TABLA 6

PARÁMETROS REOLÓGICOS DE PASTAS DE ALMIDÓN DE

CINCO VARIEDADES DE PAPA NATIVA

Almidón o

(Pa)

K

(Pasn”) R2

AG 45.15±6.35b 34.82±3.25c 0.632±0.025ª 0.99

BR 84.32±7.18ª 75.01±0.73a 0.587±0.004ª 0.98

MN 45.63±1.18b 36.53±4.33c 0.617±0.011ª 0.99

PE 55.27±13.60b 71.40±10.65ab 0.585±0.049ª 0.99

SH 57.32±3.09b 56.52±7.91b 0.584±0.027ª 0.99


H. Propiedades texturales

Mediante el Análisis de Perfil de Textura (APT) se

determinaron las propiedades de textura para los geles de los

almidones en estudio (Tabla 7). El análisis estadístico reportó

diferencia significativa (p < 0.05) para la firmeza, la gomosidad

y la masticabilidad de los geles de almidón evaluados; mientras

que no se encontró diferencia significativa para la cohesividad.

Los parámetros de firmeza, gomosidad y masticabilidad para

los geles de almidón variaron entre 753.69-1557 g, 718.45-1782

g y 657.76-1693.70 g.s respectivamente y fueron mayores a

los reportados para geles de almidón de cuatro cultivares de

papa de Nueva Zelandia Karuparera, Huakaroro, Tutaekuri,

Moemoe (21.41 a 40.79 g, 14.28 a 23.45 g y 13.26 a 22.43 g.s,

respectivamente) [36]. En cuanto a la cohesividad, los

resultados obtenidos (0.91-0.97) fueron mayores para geles de

almidón de tres cultivares de papa de la India, Kufri Ashoka,

Kufri Kunden y Kufri Dewa (0.54-0.9) [4] .

Las variaciones en las propiedades de textura de los geles

de almidón están influenciadas principalmente por variaciones

en las características reológicas de la matriz de amilosa, rigidez

de los gránulos de almidón gelatinizado, contenido de fósforo,

Velocidad de cizalla (s-1)

Esf

uer

zo c

ort

ante

(P

a)



así como las interacciones entre fase dispersa y continua del gel.

Se ha informado que estos factores, a su vez, dependen de la

estructura de la amilosa y amilopectina [36, 50].

TABLA 7

APT DE LOS GELES DE ALMIDÓN DE CINCO VARIEDADES

DE PAPA NATIVA

Almidón Firmeza

(g)

Gomosidad

(g.s)

Masticabilidad

(g.s) Cohesividad

AG 944.80±42.80d 934.40±41.70d 861.50±45.90d 0.96±0.006 a

BR 1557.00±10.50b 1485.30±59.40b 1393.70±65.60b 0.91±0.056 a

MN 753.69±4.98e 718.45±3.37e 657.76±14.67e 0.91±0.010 a

PE 1816.20±71.50a 1782.00±59.20a 1693.60±68.50a 0.96±0.012 a

SH 1126.10±60.10c 1103.60±57.30c 1067.30±58.10c 0.97±0.001a


IV. CONCLUSIÓN

Los almidones de papa evaluados mostraron diferencias

significativas (p < 0.05) en sus propiedades fisicoquímicas,

funcionales y estructurales; lo que demuestra que podrían ser

empleados en diversos sistemas alimentarios o en otras

aplicaciones industriales. La alta claridad que presentó el gel de

almidón BR sugiere que podría ser potencialmente utilizado en

la elaboración de rellenos para pastelería y productos de

confitería. Los almidones AG y SH presentaron los menores

contenidos de amilosa aparente, y por ende los mayores valores

de cristalinidad relativa. El almidón de papa MN podría ser

empleado como insumo para la elaboración de productos en los

que se requiere el empleo de altas temperaturas (elaboración de

conservas o alimentos para infantes), debido a que presentó una

alta temperatura de gelatinización. Todos los geles de almidón

presentaron un comportamiento reológico típico, se ajustaron al

modelo de Herschel-Bulkley. Finalmente, la investigación

sobre aplicaciones de los almidones nativos obtenidos de estas

papas nativas en diversos sistemas alimentarios sería

importante para determinar sus usos específicos en función a las

características evaluadas; con esto se daría un valor agregado a

este valioso producto ancestral.

AGRADECIMIENTOS

Esta investigación fue financiada por el Proyecto N° 139-

PNICP-PIAP-2015 de Innóvate-Perú.

Los autores agradecen:

A la Asociación Pataz por las papas nativas proporcionadas

para realizar la presente investigación.

Al Laboratorio de Investigación de la Universidad Privada

Antenor Orrego por el soporte técnico y uso del Microscopio

Electrónico de Barrido en los nombres del Dr. Manuel Angelats

y Ms. Henry León.

Al Laboratorio de Física de la Universidad Nacional de

Trujillo por el uso del Difractómetro de Rayos X, en el nombre

del Dr. Segundo Jáuregui Rosas.

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